CN215378764U - 一种开关电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关电源电路。开关电源电路包括：电源模块、叠加模块和控制模块。电源模块包括控制端、输入端和输出端；电源模块的输入端接入第一电源信号，电源模块的输出端作为开关电源电路的输出端；叠加模块包括输入端和输出端；叠加模块的输入端接入第二电源信号；叠加模块用于根据第二电源信号生成叠加信号；控制模块包括电流感测端和输出端；控制模块的电流感测端与叠加模块的输出端电连接，控制模块的输出端与电源模块的控制端电连接；控制模块用于根据叠加信号控制开关电源电路定频工作。本实用新型实施例可以使开关电源电路的工作频率固定，避免大范围的频率波动对频率敏感的用电设备的干扰。

Description

一种开关电源电路

技术领域

本实用新型实施例涉及电源技术领域，尤其涉及一种开关电源电路。

背景技术

现有的开关电源电路中，出于效率最优化的考虑，在不同负载条件下，控制模块会切换不同工作模式，而不同工作模式下开关电源电路的工作频率不同。例如，在空载或者轻载的情况下，控制模块工作在间歇工作模式(burst mode)；在中载(半载或以下)的情况下，控制模块工作在降频模式(green mode)，此模式下，负载越小，开关电源电路的工作频率越小，工作频率例如在25-65kHz之间；在重载的情况下，控制模块工作在最大频率模式(normal mode)，开关电源电路的工作频率例如为65kHz。但此种工作方式下开关电源电路的工作频率变换范围大，会对频率敏感的用电设备工作造成干扰。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种开关电源电路，以使开关电源电路的工作频率固定，避免大范围的频率波动对频率敏感的用电设备的干扰。

本实用新型实施例提供了一种开关电源电路，包括：

电源模块，包括控制端、输入端和输出端；所述电源模块的输入端接入第一电源信号，所述电源模块的输出端作为所述开关电源电路的输出端；

叠加模块，包括输入端和输出端；所述叠加模块的输入端接入第二电源信号；所述叠加模块用于根据所述第二电源信号生成叠加信号；

控制模块，包括电流感测端和输出端；所述控制模块的电流感测端与所述叠加模块的输出端电连接，所述控制模块的输出端与所述电源模块的控制端电连接；所述控制模块用于根据所述叠加信号控制所述开关电源电路定频工作。

可选地，所述叠加模块包括：第一稳压芯片、第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端作为所述叠加模块的输入端，所述第一电阻的第二端分别与所述第一稳压芯片的阴极、所述第一稳压芯片的参考端和所述第二电阻的第一端电连接；所述第一稳压芯片的阳极接入第一地信号；所述第二电阻的第二端作为所述叠加模块的输出端。

可选地，所述电源模块包括：变压器、晶体管和整流输出单元；

所述变压器包括原边绕组和副边绕组；所述原边绕组的第一端作为所述电源模块的输入端，所述原边绕组的第二端与所述晶体管的第二极电连接；所述副边绕组的第一端与所述整流输出单元的第一端电连接，所述副边绕组的第二端与所述整流输出单元的第二端均接入第二地信号；所述晶体管的栅极作为所述电源模块的控制端，所述晶体管的第一极接入第一地信号；所述整流输出单元的输出端作为所述电源模块的输出端。

可选地，所述整流输出单元包括：第一二极管和第一电容；

所述第一二极管的阳极作为所述整流输出单元的第一端；所述第一二极管的阴极与所述第一电容的第一端电连接，并作为所述整流输出单元的输出端；所述第一电容的第二端作为所述整流输出单元的第二端。

可选地，所述电源模块还包括：第一反馈单元，包括第一端、第二端和输出端；所述第一反馈单元的第一端与所述晶体管的第一极电连接，所述第一反馈单元的第二端接入所述第一地信号，所述第一反馈单元的输出端与所述控制模块的电流感测端电连接。

可选地，所述第一反馈单元包括：第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的第一端与所述第四电阻的第一端电连接，并作为所述第一反馈单元的第一端；所述第三电阻的第二端作为所述第一反馈单元的第二端；所述第四电阻的第二端作为所述第一反馈单元的输出端。

可选地，所述控制模块还包括：电压回授端；

所述电源模块还包括：第二反馈单元，包括输入端和输出端；所述第二反馈单元的输入端与所述整流输出单元的输出端电连接，所述第二反馈单元的输出端与所述控制模块的电压回授端电连接。

可选地，所述第二反馈单元包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二电容、第二稳压芯片和光电耦合器；

所述第五电阻的第一端与所述第七电阻的第一端电连接，并作为所述第二反馈单元的输入端；所述第五电阻的第二端分别与所述光电耦合器的第一输入端和所述第六电阻的第一端电连接；所述第六电阻的第二端分别与所述光电耦合器的第二输入端、所述第二稳压芯片的阴极和所述第二电容的第一端电连接；所述第二电容的第二端分别与所述第七电阻的第二端、所述第二稳压芯片的参考端和所述第八电阻的第一端电连接；所述第二稳压芯片的阳极和所述第八电阻的第二端均接入所述第二地信号；所述光电耦合器的第一输出端作为所述第二反馈单元的输出端，所述光电耦合器的第二输出端接入所述第一地信号。

可选地，所述电源模块还包括：吸收单元，包括第一端和第二端；所述吸收单元的第一端与所述变压器的原边绕组的第一端电连接，所述吸收单元的第二端与所述变压器的原边绕组的第二端电连接。

可选地，所述吸收单元包括：第九电阻、第三电容和第二二极管；

所述第九电阻的第一端与所述第三电容的第一端电连接，并作为所述吸收单元的第一端；所述第九电阻的第二端分别与所述第三电容的第二端和所述第二二极管的阴极电连接；所述第二二极管的阳极作为所述吸收单元的第二端。

本实用新型实施例所提供的开关电源电路中，设置有叠加模块和控制模块，其中，控制模块的电流感测端接收的信号决定着控制模块的工作模式。叠加模块将第二电源信号转换为叠加信号传输至控制模块的电流感测端，会强制抬升传输至电流感测端的信号的电平，相当于模拟负载为重载的情况。那么，在存在叠加信号的基础上，无论负载如何变化，控制模块都始终工作在最大频率模式下，开关电源电路的工作频率始终不变。因此，与现有技术相比，本实用新型实施例可以使开关电源电路的工作频率固定，避免大范围的频率波动对频率敏感的用电设备的干扰。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种开关电源电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种开关电源电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

本实用新型实施例提供了一种开关电源电路。图1是本实用新型实施例提供的一种开关电源电路的结构示意图。参见图1，该开关电源电路包括：电源模块30、叠加模块10和控制模块20。

其中，电源模块30包括控制端31、输入端32和输出端33；电源模块30的输入端32接入第一电源信号VB，输出端33作为开关电源电路的输出端。叠加模块10包括输入端11和输出端12；叠加模块10的输入端11接入第二电源信号VD；叠加模块10用于根据第二电源信号VD生成叠加信号。控制模块20包括电流感测端21和输出端22；控制模块20的电流感测端21与叠加模块10的输出端12电连接，控制模块20的输出端22与电源模块30的控制端31电连接；控制模块20用于根据叠加信号控制开关电源电路定频工作。

示例性地，电源模块30可以包括晶体管、变压器和整流器件等，该开关电源电路整体可以是反激电源电路。控制模块20可以由目前市面上通用的具备变频功能的PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)控制芯片及其必要的外围电路构成。例如使用通嘉的型号为LD7750的控制芯片。控制芯片的电流感测引脚即为控制模块20的电流感测端21。控制芯片的电流感测引脚接收到的电压大小体现开关电源电路的输出功率，且电流感测引脚接收到的电压影响着控制芯片的电压回授引脚的电压；而电压回授引脚的电压决定着控制芯片的工作模式；电压回授引脚的电压越大，控制芯片的工作频率越高。也就是说，电流感测引脚接收的信号间接决定着控制芯片的工作模式。因此，通过合理设置叠加信号的大小，可以强制使控制芯片在最大频率下工作，即，使开关电源电路定频工作。综上所述，通过增设叠加模块10，使得控制模块20使用目前通用的控制芯片就可以实现定频控制，无需寻找特殊的控制芯片或者花费大量的费用定制开发合适的控制芯片，降低了电路成本。

本实用新型实施例所提供的开关电源电路中，设置有叠加模块10和控制模块20，其中，控制模块20的电流感测端21接收的信号决定着控制模块20的工作模式。叠加模块10将第二电源信号VD转换为叠加信号传输至控制模块20的电流感测端21，会强制抬升传输至电流感测端21的信号的电平，相当于模拟负载为重载的情况。那么，在存在叠加信号的基础上，无论负载如何变化，控制模块20都始终工作在最大频率模式下，开关电源电路的工作频率始终不变。因此，本实用新型实施例可以使开关电源电路的工作频率固定，避免大范围的频率波动对频率敏感的用电设备的干扰。

图2是本实用新型实施例提供的另一种开关电源电路的结构示意图。下面结合图2，对开关电源电路可能的结构进行详细说明，但不作为对本实用新型的限定。

参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，控制模块20包括控制芯片U1。控制芯片U1包括：保护引脚BO、电压回授引脚COMP、电流感测引脚CS、接地引脚GND、输出引脚GATE、电源引脚VCC、空引脚NC和高压引脚HV。其中，控制芯片U1的各引脚的用途如下：将保护引脚BO的电位拉低至保护阈值(例如0.95V)，可以使控制芯片U1停止动作并进入锁定状态，直至控制芯片U1重新启动；保护引脚BO通过连接一个热敏器件到接地引脚GND，可以实现过温保护功能；若需要解除锁定状态，可以将保护引脚BO浮置。电压回授引脚COMP作为控制模块20的电压回授端；采集输出电压Vout并传输至电压回授引脚COMP，可以完成对开关电源电路的闭环控制，实现稳压或稳流输出。电流感测引脚CS作为控制模块20的电流感测端；实际应用时，可以采集电源模块中晶体管Q1的电流传输至电流感测引脚CS作为前馈，进行峰值电流控制；在本实施方式中，叠加信号施加在电流感测引脚CS，可以间接抬升电压回授引脚COMP的电位，从而使控制芯片U1的工作模式抬升至最大频率模式，从而稳定工作频率。接地引脚GND直接接入第一地信号SGND，其中，第一地信号SGND可以是数字地信号。输出引脚GATE作为控制模块20的输出端。电源引脚VCC接入控制芯片U1的供电电压，示例性地，供电电压可以由电源模块中变压器T1再引出另一原边绕组来提供。空引脚NC通常悬空设置。高压引脚HV可以通过一个电阻接入第一电源信号VB。

继续参见图2，在一种实施方式中，可选地，叠加模块10包括：第一稳压芯片UD1、第一电阻R1和第二电阻R2。第一电阻R1的第一端作为叠加模块10的输入端，第一电阻R1的第二端分别与第一稳压芯片UD1的阴极、第一稳压芯片UD1的参考端和第二电阻R2的第一端电连接；第一稳压芯片UD1的阳极接入第一地信号SGND；第二电阻R2的第二端作为叠加模块10的输出端。

示例性地，第一稳压芯片UD1可以是型号为TL431的稳压芯片，第二电源信号VD可以是12V直流电压信号，第一电阻R1作为第一稳压芯片UD1的限流电阻；第一稳压芯片UD1的参考端可以产生一个稳定的2.5V叠加信号，然后通过第二电阻R2传输至控制芯片U1的电流感测引脚CS(即控制模块20的电流感测端)。

继续参见图2，在一种实施方式中，可选地，电源模块包括：变压器T1、晶体管Q1和整流输出单元310。变压器T1包括原边绕组和副边绕组；原边绕组的第一端作为电源模块的输入端，接入第一电源信号VB，第一电源信号VB例如是400V电压信号；原边绕组的第二端与晶体管Q1的第二极电连接；副边绕组的第一端与整流输出单元310的第一端电连接，副边绕组的第二端与整流输出单元320的第二端均接入第二地信号GND2，第二地信号GND2例如是模拟地信号；晶体管Q1的栅极作为电源模块的控制端，晶体管Q1的第一极接入第一地信号SGND；整流输出单元310的输出端作为电源模块的输出端。

示例性地，晶体管Q1可以是MOS管，变压器T1可以是高频变压器，该开关电源电路可以为反激电源，控制模块20的输出端控制晶体管Q1的导通与否。当晶体管Q1导通时，变压器T1的原边绕组有电流流过，将能量储存在原边绕组中，此时整流输出单元310无输出；当晶体管Q1关断时，变压器T1的原边绕组无电流流过，根据电磁感应的原理，原边绕组上会产生感应电压，副边绕组的电压极性改变，副边绕组的电压经整流输出单元310整流后输出。

在上述各实施方式的基础上，可选地，整流输出单元310包括：第一二极管D1和第一电容C1，第一电容C1例如是电解电容。第一二极管D1的阳极作为整流输出单元310的第一端；第一二极管D1的阴极与第一电容C1的第一端电连接，并作为整流输出单元310的输出端；第一电容C1的第二端作为整流输出单元310的第二端。本实施方式中，整流输出单元310结构简单，易于实现。

继续参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，电源模块还包括：第一反馈单元320，包括第一端、第二端和输出端。第一反馈单元320的第一端与晶体管Q1的第一极电连接，第二端接入第一地信号SGND，输出端与控制模块20的电流感测端电连接。第一反馈单元320用于采集晶体管Q1的电流并传输至控制模块20的电流感测端。

具体地，第一反馈单元320包括：第三电阻R3和第四电阻R4，即第一反馈单元320通过采样电阻侦测晶体管Q1的电流。第三电阻R3的第一端与第四电阻R4的第一端电连接，并作为第一反馈单元320的第一端；第三电阻R3的第二端作为第一反馈单元320的第二端；第四电阻R4的第二端作为第一反馈单元320的输出端。

示例性地，电源模块还包括：第十电阻R10和第十一电阻R11。第十电阻R10作为晶体管Q1的栅极电阻，连接在控制模块20的输出端与晶体管Q1的栅极之间。第十一电阻R11作为拉低电阻连接在晶体管Q1的栅极和第一地信号SGND之间，或者连接在晶体管Q1的栅极和第一极之间，用于防止晶体管Q1误触发。

继续参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，电源模块还包括：第二反馈单元330，包括输入端和输出端；第二反馈单元330的输入端与整流输出单元310的输出端电连接，第二反馈单元330的输出端与控制模块20的电压回授端电连接。第二反馈单元330用于采集输出电压Vout并传输至控制模块20的电压回授端，以实现闭环控制，控制模块20可以根据采样电压对输出电压Vout进行补偿，实现稳压或稳流输出。

具体地，第二反馈单元330包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二电容C2、第二稳压芯片UD2和光电耦合器，其中，光电耦合器的发射部分记为PC1A，接收部分记为PC1B，为了便于体现光电耦合器的具体连接方式，图2中将发射部分PC1A和接收部分PC1B分开展示。第五电阻R5的第一端与第七电阻R7的第一端电连接，并作为第二反馈单元330的输入端；第五电阻R5的第二端分别与光电耦合器的第一输入端和第六电阻R6的第一端电连接；第六电阻R6的第二端分别与光电耦合器的第二输入端、第二稳压芯片UD2的阴极和第二电容C2的第一端电连接；第二电容C2的第二端分别与第七电阻R7的第二端、第二稳压芯片UD2的参考端和第八电阻R8的第一端电连接；第二稳压芯片UD2的阳极和第八电阻R8的第二端均接入第二地信号GND2；光电耦合器的第一输出端作为第二反馈单元330的输出端，光电耦合器的第二输出端接入第一地信号SGND。

本实施方式中，第五电阻R5可作为采样电阻；设置第二稳压芯片UD2、第二电容C2、第七电阻R7和第八电阻R8可以增加反馈强度，提高电源的调整率；设置光电耦合器可以实现电气隔离，保护控制芯片U1，提高电路安全性。

继续参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，电源模块还包括：吸收单元340，包括第一端和第二端；吸收单元340的第一端与变压器T1的原边绕组的第一端电连接，吸收单元340的第二端与变压器T1的原边绕组的第二端电连接。吸收单元340可以有效抑制由变压器T1的漏感造成的电压尖峰。

具体地，吸收单元340包括：第九电阻R9、第三电容C3和第二二极管D2。第九电阻R9的第一端与第三电容C3的第一端电连接，并作为吸收单元340的第一端；第九电阻R9的第二端分别与第三电容C3的第二端和第二二极管D2的阴极电连接；第二二极管D2的阳极作为吸收单元340的第二端。本实施例中，第九电阻R9、第三电容C3和第二二极管D2构成RCD吸收电路，可以通过适当选择第九电阻R9的阻值和第三电容C3的容值，使得吸收电路340仅消耗变压器T1的漏感能量，但不能消耗主励磁电感能量，以保证电路效率。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种开关电源电路，其特征在于，包括：

电源模块，包括控制端、输入端和输出端；所述电源模块的输入端接入第一电源信号，所述电源模块的输出端作为所述开关电源电路的输出端；

叠加模块，包括输入端和输出端；所述叠加模块的输入端接入第二电源信号；所述叠加模块用于根据所述第二电源信号生成叠加信号；

控制模块，包括电流感测端和输出端；所述控制模块的电流感测端与所述叠加模块的输出端电连接，所述控制模块的输出端与所述电源模块的控制端电连接；所述控制模块用于根据所述叠加信号控制所述开关电源电路定频工作。

2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述叠加模块包括：第一稳压芯片、第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端作为所述叠加模块的输入端，所述第一电阻的第二端分别与所述第一稳压芯片的阴极、所述第一稳压芯片的参考端和所述第二电阻的第一端电连接；所述第一稳压芯片的阳极接入第一地信号；所述第二电阻的第二端作为所述叠加模块的输出端。

3.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述电源模块包括：变压器、晶体管和整流输出单元；

所述变压器包括原边绕组和副边绕组；所述原边绕组的第一端作为所述电源模块的输入端，所述原边绕组的第二端与所述晶体管的第二极电连接；所述副边绕组的第一端与所述整流输出单元的第一端电连接，所述副边绕组的第二端与所述整流输出单元的第二端均接入第二地信号；所述晶体管的栅极作为所述电源模块的控制端，所述晶体管的第一极接入第一地信号；所述整流输出单元的输出端作为所述电源模块的输出端。

4.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，所述整流输出单元包括：第一二极管和第一电容；

所述第一二极管的阳极作为所述整流输出单元的第一端；所述第一二极管的阴极与所述第一电容的第一端电连接，并作为所述整流输出单元的输出端；所述第一电容的第二端作为所述整流输出单元的第二端。

5.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，所述电源模块还包括：第一反馈单元，包括第一端、第二端和输出端；所述第一反馈单元的第一端与所述晶体管的第一极电连接，所述第一反馈单元的第二端接入所述第一地信号，所述第一反馈单元的输出端与所述控制模块的电流感测端电连接。

6.根据权利要求5所述的开关电源电路，其特征在于，所述第一反馈单元包括：第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的第一端与所述第四电阻的第一端电连接，并作为所述第一反馈单元的第一端；所述第三电阻的第二端作为所述第一反馈单元的第二端；所述第四电阻的第二端作为所述第一反馈单元的输出端。

7.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，所述控制模块还包括：电压回授端；

所述电源模块还包括：第二反馈单元，包括输入端和输出端；所述第二反馈单元的输入端与所述整流输出单元的输出端电连接，所述第二反馈单元的输出端与所述控制模块的电压回授端电连接。

8.根据权利要求7所述的开关电源电路，其特征在于，所述第二反馈单元包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二电容、第二稳压芯片和光电耦合器；

所述第五电阻的第一端与所述第七电阻的第一端电连接，并作为所述第二反馈单元的输入端；所述第五电阻的第二端分别与所述光电耦合器的第一输入端和所述第六电阻的第一端电连接；所述第六电阻的第二端分别与所述光电耦合器的第二输入端、所述第二稳压芯片的阴极和所述第二电容的第一端电连接；所述第二电容的第二端分别与所述第七电阻的第二端、所述第二稳压芯片的参考端和所述第八电阻的第一端电连接；所述第二稳压芯片的阳极和所述第八电阻的第二端均接入所述第二地信号；所述光电耦合器的第一输出端作为所述第二反馈单元的输出端，所述光电耦合器的第二输出端接入所述第一地信号。

9.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，所述电源模块还包括：吸收单元，包括第一端和第二端；所述吸收单元的第一端与所述变压器的原边绕组的第一端电连接，所述吸收单元的第二端与所述变压器的原边绕组的第二端电连接。

10.根据权利要求9所述的开关电源电路，其特征在于，所述吸收单元包括：第九电阻、第三电容和第二二极管；

所述第九电阻的第一端与所述第三电容的第一端电连接，并作为所述吸收单元的第一端；所述第九电阻的第二端分别与所述第三电容的第二端和所述第二二极管的阴极电连接；所述第二二极管的阳极作为所述吸收单元的第二端。

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